金属材料任务三之活动4

1、2022-7-31任务三任务三 铁碳合金铁碳合金 碳素钢建议：4课时学习活动4学习目的与要求学习目的与要求熟悉并掌握碳素钢的含碳量及其力学性能和工艺性能了解、熟悉并掌握钢中常存元素及其对性能的影响熟悉并掌握碳素钢的分类（碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸造碳钢）和碳素钢的牌号及用途学习重点与难点学习重点与难点熟悉并掌握碳素钢的含碳量及其力学性能和工艺性能了解、熟悉并掌握钢中常存元素及其对性能的影响钢中常存元素及其对性能的影响、碳素钢的牌号及用途 碳素钢碳素钢简称简称碳钢碳钢，是最基本的铁碳合金。在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量在0.0218%2.11%之间。碳钢容易冶炼，价格便宜

2、，具有较好的力学性能和优良的工艺性能，可满足一般机械零件、工具和日常轻工业产品的使用要求。一、钢铁材料的生产过程铁矿石 生铁 钢锭 型材 铸铁（钢板、型钢、钢管）轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法1、生铁的冶炼原料：铁矿石燃料：焦炭熔剂：石灰石设备：高炉2、钢的冶炼原料：生铁、废钢燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：电弧炉电弧炉钢碳素钢合金钢1、按含碳量分2、按质量和用途分易切削结构钢低碳钢 0.0218 % C 0.25%中碳钢 0.25 % C 0.6%高碳钢 0.6% C2.11%碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸钢按化学成分：按化学成分： 低、中、高碳钢：低、中、高碳钢：

3、Wc= 0.25%；0.25%0.6%；0.6% 用用 途：结构钢途：结构钢 工具钢工具钢 质质 量：优质、高级优质、普通；量：优质、高级优质、普通；( S、P) 三、钢中常存元素及其对性能的影响 少少量的锰、硅、硫、磷及微量的氧、氢、氮等元素，它们量的锰、硅、硫、磷及微量的氧、氢、氮等元素，它们会影响到钢的质量和性能。会影响到钢的质量和性能。（一）锰的影响 脱氧剂。 有益元素，碳钢中不超过0.8%， （1）固溶强化；（2）形成MnS，消除硫的有害影响。（二）硅的影响脱氧剂，有益元素，碳钢中含量不超过0.5%，固溶强化。 （三）硫的影响 有害元素，矿石和燃料带入。 以FeS夹杂物形式存在晶界上

4、 “热脆”， 原因：形成Fe+FeS共晶，熔点为989，低于热加工的加热温度1150，而导致热加工时开裂。 若钢中含氧量高时，还会形成熔点更低（940）的Fe+FeO+FeS三相共晶，危害更大。 防止热脆：加入适当的Mn，由于Mn与S的化学亲和力大于Fe，优先形成MnS，MnS的熔点为1600，高于热加工温度，避免了热脆的发生。（四）磷的影响 有害杂质元素，矿石和生铁等炼钢原料带入。 磷在钢中固溶强化作用很强，但同时剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，称为“冷脆”。（五）氮、氢、氧等微量气体的影响 1、氮会引起钢的时效。即低碳钢在径过快速冷却或冷形变后，在随后放置的过程中，硬度升高而塑性降低的

5、现象。 2、氢会引起氢脆和白点，使材料的韧性大大降低，是非常严重的缺陷。 3、氧主要以各种氧化物夹杂物存在于钢中，如FeO、A12O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等，对钢的塑性、韧性、疲劳强度等影响很大。钢中常用的有益元素有？有什么益？钢中常用的有害元素有？有什么害？想一想想一想四、碳钢编号：反映-成分、用途成分、用途 1、普通碳素结构钢（含碳量-0.06%0.4%）性能要求 特殊结构钢是工程中应用最多的钢种，其产量约占钢总产量的70%80%。特殊结构钢的杂质和非金属夹杂物较多，当但冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大，性能上能满足一般工程结构及普通零件要求，因而应用普遍。特殊结构钢可轧

6、制成钢板和各种型材，用于厂房、桥梁、船舶等建筑结构或受力不大的机械类零件。 GB700-1988规定，碳素结构钢牌号由四部分组成规定，碳素结构钢牌号由四部分组成屈服强度字母 Q-“屈”拼音字母字头屈服强度数值 单位MPa质量等级符号 A、B、C、D，从A到D一次提高脱氧方法符号 F-沸腾钢、b-半镇静钢、 Z镇静钢、TZ-特殊镇静钢； Z、TZ在钢组成表示方法中可以省略。碳素结构钢碳素结构钢牌号共有五种： Q195、Q215、Q235、Q255、Q275；其化学成分、力学性能见教材P60表36. 与旧标准的对比： Q235A3 -构件用钢构件用钢牌号：Q+屈服点数值如如 Q235-AF-屈服强

7、度为235MPa的A级沸腾钢2、优质碳素结构钢(含碳量-0.06%0.70%)1）优质碳素结构钢的牌号是按化学成分和力学性能确定的。钢中所含S、P及非金属夹杂物较少，常用于制造重要的机械零件，使用前一般要经过热处理改善力学性能。 GB700-1988规定，优质碳素结构钢牌号由二位数字表规定，优质碳素结构钢牌号由二位数字表示。示。表示该钢平均含碳量的万分数。如：45-表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢； 08-表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢2）优质碳素结构钢根据钢中含锰量的不同，分为普通含锰钢（Mn=0.35%0.8%）和较高含锰量钢（Mn=0.7%1.2%）两组。较高含锰量

8、钢在牌号后面标出元素符号“Mn”，如50Mn; 若为高级优质钢、特质优质钢时，分别在牌号尾牌号尾加A、E表示。 若为沸腾钢或为了适应各种专门用途的某些专用钢，则在牌号尾标出规定的符号，如10F-表示平均含碳量0.10%的优质碳素结构钢中的沸腾钢；20G-表示平均含碳量0.20%的优质碳素结构钢中的锅炉用钢。3）优质碳素结构钢共31种，其化学成分和力学性能P61表370825 属于低碳钢，强度、要点较低，塑性、韧性及焊接性能良好，主要用于制造冲压件、焊接构件及强度要求不高的机械零件、渗碳件，如压力容器、小轴、销子、法兰盘、螺钉、垫圈等。3055 属于中碳钢，具有较高的强度、硬度，其塑性、韧性随含

9、碳量的增加而逐步降低，切削性能良好，经调质后能获得较好的综合力学性能。主要用于制造受力较大的机械零件，如连杆、曲轴、齿轮、联轴器等。60以上的钢属于高碳钢，具有较高的强度、硬度和弹性，但焊接性能不好，切削性能较差，冷变形塑性差，主要用于制造较高强度、耐磨性和弹性的零件；如弹簧垫圈、螺旋弹簧等弹性零件和耐磨零件。3、碳素工具钢（含碳量0.65%1.35%） 碳素工具钢用于制造刀具、模具、量具。刀具、模具、量具要求高硬度、高耐磨，其含碳量都在含碳量都在0.7%以上以上，都是优质钢或高级优质钢。 碳素工具钢牌号-以“碳”拼音字母字头“T”及后面的阿拉伯数字表示。其数字表示钢中含碳量的千分数。如T8-

10、含碳量0.8%的优质碳素工具钢（高级优质，则加高级优质，则加A）。碳素工具钢的牌号、化学成分、力学性能见P62面表38 各种牌号的碳素工具钢经淬火后，硬度相差不大，但随含碳量的增加，未溶的二次渗碳体增多，钢的耐磨性增加，韧性降低，故不同牌号的工具钢用于制造不同使用要求的工具。T7、T8：一定韧性：一定韧性 冲头、锤子、凿子T9、T10：硬度高、韧性适中；：硬度高、韧性适中；钻头、手锯条、刨刀T12(A)、T13：硬度高、韧性低；：硬度高、韧性低； 锉刀、刮刀、量具4、铸造碳钢*（含碳量-0.20%0.60%） 铸造碳钢一般用于制造形状复杂、力学性能要求较高的进行零件。这类零件形状复杂，很难用锻

11、造或机加工方法制造，而且力学性能要求高，因而不能用铸铁来铸造。铸造碳钢广泛用于制造重型机械的某些零件，如轧钢机机架、水压机横梁、锻锤等。 铸钢牌号-以“铸钢铸钢”二字拼音字母字头“ZG”加两组数字组成，第一组数字表示屈服强度，第二组数字代表抗拉强度。ZG270500表示屈服强度不小于270MPa、抗拉强度不小于500MPa的铸造碳钢。铸造碳钢的牌号、化学成分、力学性能见P62面表3-9. 不同铸造碳钢铸造不同使用要求的零不同铸造碳钢铸造不同使用要求的零件件ZG200400有良好的塑性、韧性和焊接性，用于制造受力不大一定韧性的零件，如基座、变速箱体等；ZG230450有一定的强度和较好的塑性、韧性及焊接性能，切削性能尚可，用于制造受力不大要求有一定的韧性的零件，如轴承盖、外壳、阀体、底板。ZG270500有较高的确定和较好的韧性、铸造性能好、焊接性能差、切削性能好你，是用途较好的铸造碳钢，用于制造轧钢机机架、连杆、箱体、缸体、曲轴、轴承座等。ZG370570强度、切削性能良好，塑性韧性差用于制造负荷较高的零件，如大齿轮、缸体、制动轮等。ZG340640有较高的强度硬度和耐磨性，切削性能中等，焊接性能差，裂纹敏感性大，用于制造齿轮、棘轮等。总 结1、什么是碳素钢？是如何分类的？2、碳素钢常存元素有哪些？这些常存元素对其性能有何影响？3、各种类碳钢的牌号是如何组成？4